В эпоху быстрого развития передовых систем помощи водителю (ADAS) и технологий автономного вождения, способность автомобилей к «восприятию» стала критически важной. Как один из основных датчиков для восприятия окружающей среды, миллиметровый радар играет незаменимую роль благодаря своей исключительной производительности в любых погодных условиях и круглосуточно. Основа этой производительности лежит в точной и надежной печатной плате ЭБУ радара. Она является не только физическим носителем для радиочастотного фронтенда радара (MMIC), процессора и интерфейсов связи, но и ключевым компонентом, который гарантирует соответствие всей системы строгим автомобильным стандартам функциональной безопасности и качества.

Как эксперт, глубоко укоренившийся в области безопасности автомобильной электроники, я проанализирую уникальные проблемы, с которыми сталкиваются печатные платы ЭБУ радара при проектировании, производстве и проверке, с точки зрения завода Highleap PCB (HILPCB). От требований функциональной безопасности ISO 26262 до строгого контроля системы качества IATF 16949 и проверки надежности сертификаций серии AEC-Q, каждый шаг определяет успех или неудачу конечного продукта. Будь то печатная плата радара среднего радиуса действия для адаптивного круиз-контроля или печатная плата радара 24 ГГц для мониторинга слепых зон, каждая из них воплощает в себе высшее стремление к безопасности и качеству.

Критическая роль печатной платы ЭБУ радара в системах ADAS

Радарный ЭБУ (Radar Electronic Control Unit) — это комбинация "глаз" и "мозга" в системах ADAS. Он излучает миллиметровые волны через антенны, принимает отраженные эхо-сигналы от целей и анализирует их внутри с помощью процессоров для расчета расстояния, скорости и угла цели. Надежность этой серии сложных операций полностью зависит от находящейся внутри печатной платы радарного ЭБУ.

Высокопроизводительная радарная печатная плата должна выполнять следующие основные функции:

1. Передача высокочастотных сигналов: Для основных 77-ГГц радарных печатных плат длина волны сигнала чрезвычайно мала, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к диэлектрической проницаемости (Dk), коэффициенту потерь (Df) материала печатной платы и контролю импеданса дорожек. Даже незначительные отклонения могут привести к затуханию сигнала, искажению или даже отказу радара.
2. Высокоскоростная обработка данных: Радарные датчики генерируют массивные данные облаков точек, требующие мощных микроконтроллеров (MCU) или систем на кристалле (SoC) для обработки в реальном времени. Печатная плата должна обеспечивать стабильные, без помех пути передачи для этих высокоскоростных цифровых сигналов.
3. Целостность питания (PI): Радиочастотные чипы и процессоры в ЭБУ очень чувствительны к чистоте питания. Конструкция сети распределения питания (PDN) печатной платы должна подавлять шум и обеспечивать стабильное, надежное питание для критически важных чипов.
4. Терморегулирование: Высокомощные ВЧ-чипы и процессоры генерируют значительное количество тепла во время работы. Если тепло не может быть эффективно рассеяно, это может привести к снижению производительности чипа или необратимому повреждению. Поэтому при проектировании печатных плат необходимо полностью учитывать пути рассеивания тепла, например, используя печатные платы с толстым слоем меди или оптимизированные тепловые переходные отверстия.
5. Функциональная безопасность и надежность: Как критически важный для безопасности компонент, радарные системы должны соответствовать стандартам ISO 26262. Это означает, что проектирование и изготовление печатной платы должны предотвращать случайные аппаратные сбои и систематические отказы, обеспечивая долгосрочную надежность в различных суровых условиях.

От простых печатных плат для парковочных радаров до сложных передних радаров дальнего действия, сложность проектирования и трудность изготовления печатных плат растут экспоненциально, предъявляя серьезные требования к опыту производителей.

Преодоление проблем проектирования печатных плат для функциональной безопасности ISO 26262

ISO 26262 — это признанный в автомобильной промышленности стандарт функциональной безопасности, направленный на снижение неприемлемых рисков, вызванных отказами электронных и электрических систем. Радарные системы обычно должны достигать ASIL B или более высоких уровней полноты безопасности автомобиля (ASIL). Это налагает ряд специфических требований на проектирование и изготовление печатных плат ЭБУ радаров.

1. Предотвращение систематических отказов:

• Строгие правила проектирования: Должны соблюдаться проверенные правила проектирования печатных плат, такие как минимальная ширина/расстояние между дорожками, конструкция переходных отверстий, расстояния утечки и зазора для предотвращения предсказуемых отказов, таких как короткие замыкания и обрывы цепи.
• Выбор материалов: Должны использоваться материалы подложки, соответствующие требованиям автомобильного класса, со стабильной производительностью и долгосрочной проверкой. Сопротивление материала CAF (Conductive Anodic Filament) критически важно для предотвращения внутренних коротких замыканий в условиях высокой влажности и высокого напряжения.
• Проектирование для технологичности (DFM): На этапе проектирования инженеры HILPCB тесно сотрудничают с клиентами для проведения всесторонних обзоров DFM, гарантируя, что конструкция может быть изготовлена стабильно и надежно, устраняя потенциальные дефекты на стадии источника.

2. Контроль случайных аппаратных сбоев:

• Резервирование: Для критически важных сигнальных путей или сетей питания могут быть применены избыточные трассировки или компоновки с дублирующими компонентами, чтобы гарантировать сохранение базовой функциональности системы или переход в безопасное состояние в случае отказа одного пути.
• Диагностическое покрытие: Проектирование печатной платы должно поддерживать возможности самодиагностики ЭБУ. Например, путем разработки специальных тестовых точек или петель система может обнаруживать неисправности, такие как обрывы или короткие замыкания на печатной плате, и оперативно предупреждать водителя.
• Высококачественное производство: Фундаментальный подход к снижению частоты случайных аппаратных сбоев заключается в производстве без дефектов. HILPCB строго следует системе менеджмента качества IATF 16949, используя передовые технологии контроля процессов (SPC) и автоматизированной оптической инспекции (AOI) для минимизации случайных дефектов во время производства.

Выбор высокочастотных материалов: краеугольный камень производительности 77ГГц радарных печатных плат

Поскольку автомобильные радарные системы переходят от решений на базе 24ГГц радарных печатных плат к решениям на базе 77ГГц радарных печатных плат с более высоким разрешением, требования к высокочастотным характеристикам подложек печатных плат достигли беспрецедентного уровня. В диапазоне частот 77 ГГц длина волны электромагнитных волн составляет всего миллиметры, где даже незначительные несоответствия в свойствах материала могут быть значительно усилены, что приводит к серьезным проблемам с целостностью сигнала. Выбор правильного материала для высокочастотных печатных плат (ВЧ ПП) имеет решающее значение для успеха. Необходимо учитывать следующие основные параметры:

• Диэлектрическая проницаемость (Dk): Значение Dk должно быть низким и стабильным. Стабильность Dk напрямую влияет на импеданс цепи и скорость распространения сигнала. Колебания Dk должны быть минимизированы во всем диапазоне рабочих частот и температур.
• Тангенс угла диэлектрических потерь (Df): Чем ниже значение Df, тем меньше потери энергии при передаче сигнала. Для радаров дальнего действия материалы с низким Df необходимы для обеспечения дальности обнаружения и отношения сигнал/шум.
• Коэффициент теплового расширения (КТР): КТР материала должен максимально соответствовать КТР медной фольги, особенно в направлении оси Z. Это снижает напряжение, вызванное несоответствием расширения во время температурных циклов, предотвращая проблемы надежности, такие как растрескивание переходных отверстий.
• Скорость водопоглощения: Низкое водопоглощение помогает поддерживать стабильность Dk и Df во влажных средах. Обычно используемые высокочастотные материалы включают Rogers, Taconic и Teflon. HILPCB имеет большой опыт работы с этими специализированными материалами и может рекомендовать наиболее экономически эффективные и гарантированные по производительности материальные решения, основанные на конкретных сценариях применения клиентов, таких как печатные платы для радаров среднего радиуса действия или радаров ближнего действия.

Запросить стоимость печатной платы

Совместное проектирование целостности сигнала и целостности питания

Высокопроизводительная печатная плата ЭБУ радара по сути является сложной смешанной сигнальной системой, включающей как радиочастотные сигналы 77 ГГц, так и цифровые сигналы в диапазоне от сотен МГц до ГГц. Обеспечение того, чтобы эти сигналы не мешали друг другу, является основной задачей при проектировании печатных плат.

Целостность сигнала (SI):

• Контроль импеданса: Характеристическое сопротивление радиочастотных линий передачи (например, микрополосковых, полосковых) должно быть точно контролируемо на уровне 50 Ом (или других проектных значений). HILPCB использует передовое программное обеспечение для решения полевых задач для моделирования и применяет TDR (рефлектометрию во временной области) для тщательного тестирования импеданса во время производства, обеспечивая допуски в пределах ±5%.
• Стратегии трассировки: Высокоскоростные цифровые сигнальные трассы должны соответствовать строгим правилам трассировки, таким как согласование длины, трассировка дифференциальных пар и поддержание расстояния от чувствительных радиочастотных областей для предотвращения перекрестных помех.
• Оптимизация переходных отверстий: На миллиметровых частотах стандартные переходные отверстия вносят значительную паразитную индуктивность и емкость, становясь источниками отражения и потерь сигнала. Такие методы, как обратное сверление и глухие/скрытые переходные отверстия с использованием технологии HDI PCB (HDI PCB), необходимы для оптимизации производительности переходных отверстий.

Целостность питания (PI):

• Низкоимпедансная PDN: Создание низкоимпедансной сети распределения питания с использованием плоскостей питания/заземления и развязывающих конденсаторов для минимизации колебаний напряжения при мгновенных высоких токовых нагрузках от микросхем.
• Зонная изоляция: Физическая изоляция цифровых, аналоговых и ВЧ-зон на печатной плате, обеспечение независимых контуров питания и заземления для предотвращения наведения цифрового шума на чувствительные ВЧ-цепи через источник питания.

IATF 16949: Краеугольный камень качества в производстве автомобильных печатных плат

Если ISO 26262 определяет "безопасность" продукта, то IATF 16949 определяет "процесс" для достижения этой безопасности. Как глобальная техническая спецификация автомобильной промышленности, IATF 16949 подчеркивает ориентацию на процесс, мышление, основанное на рисках, и приверженность предотвращению дефектов и постоянному улучшению.

Highleap PCB Factory (HILPCB), как производитель, сертифицированный по IATF 16949, интегрирует этот стандарт на каждом этапе производства печатных плат для ЭБУ радаров:

• Advanced Product Quality Planning (APQP): При запуске новых проектов мы формируем кросс-функциональные команды для систематического определения и установления шагов, обеспечивающих соответствие продукции требованиям заказчика.
• Production Part Approval Process (PPAP): Перед массовым производством мы представляем заказчику полный комплект документов PPAP, включая проектную документацию, FMEA (анализ видов и последствий отказов), планы контроля, MSA (анализ измерительных систем) и результаты испытаний размеров/производительности, чтобы продемонстрировать, что наш производственный процесс стабилен и способен постоянно производить квалифицированную продукцию.
• Статистический контроль процессов (SPC): Мы осуществляем мониторинг в реальном времени и анализ данных по ключевым производственным параметрам (таким как травление, ламинирование и сверление), чтобы гарантировать, что индекс производительности процесса (Cpk) остается в контролируемом состоянии, предотвращая отклонения процесса.
• Отслеживаемость: Мы присваиваем уникальный идентификатор каждой печатной плате, обеспечивая двунаправленную отслеживаемость от партий сырья до конечного продукта. В случае возникновения проблем, затронутые диапазоны могут быть быстро идентифицированы для точного отзыва.

Эта систематическая система управления качеством гарантирует, что каждая отгруженная печатная плата для радара 77 ГГц или печатная плата для радара среднего радиуса действия соответствует тем же исключительным стандартам качества и надежности.

Будущие тенденции: От радара к мультисенсорному слиянию

Технология автомобильного восприятия развивается в сторону мультисенсорного слияния. Будущие транспортные средства будут полагаться не только на миллиметровый радар, но также интегрировать камеры, ультразвуковые датчики и новые печатные платы для твердотельного лидара (твердотельный LiDAR). Эта тенденция к слиянию представляет новые вызовы для технологии печатных плат.

Будущие печатные платы ЭБУ радара могут превратиться в контроллер домена, требующий интеграции и обработки данных от нескольких датчиков на одной плате. Это означает:

• Более высокая интеграция: Потребуются более продвинутые технологии межсоединений HDI и any-layer (Anylayer) для размещения большего количества компонентов и сложной трассировки в ограниченном пространстве.
• Более Сложное Термическое Управление: Интеграция многоядерных процессоров и нескольких датчиков приведет к увеличению плотности мощности, требуя лучшего теплового дизайна.
• Более Быстрые Коммуникационные Интерфейсы: Высокоскоростные шины, такие как автомобильный Ethernet, будут широко внедрены, создавая новые вызовы для проектирования целостности сигнала печатных плат.

Будь то традиционные печатные платы для парковочных радаров или ориентированные на будущее печатные платы для твердотельных лидаров, в основе лежит неизменное стремление к безопасности, качеству и надежности.

Выберите HILPCB: Ваш надежный партнер по автомобильным печатным платам

Производство квалифицированной печатной платы ЭБУ радара выходит далеко за рамки простого изготовления печатных плат. Это систематическая инженерная работа, объединяющая материаловедение, высокочастотную инженерию, термодинамику, управление качеством и функциональную безопасность. Выбор партнера с глубокими техническими знаниями и строгой системой качества имеет решающее значение.

В HILPCB мы глубоко понимаем требования автомобильной электроники к безопасности и надежности, не допускающие никаких отклонений. Наши производственные линии автомобильного класса, система качества, сертифицированная по IATF 16949, и глубокие знания стандарта ISO 26262 позволяют нам решать задачи, начиная от 24ГГц радарных печатных плат до сложных твердотельных лидарных печатных плат. То, что мы предлагаем, это не просто печатные платы, а приверженность безопасности жизни.

Получить предложение по печатным платам

Заключение

Печатная плата ЭБУ радара является как технологическим чудом в современных автомобильных системах восприятия, так и серьезной инженерной задачей. Она требует идеального баланса между функциональной безопасностью, высокочастотными характеристиками, тепловым управлением и долгосрочной надежностью. По мере развития технологии ADAS к более высоким уровням автономного вождения требования к печатным платам будут только ужесточаться. Выбор специализированного производителя автомобильных печатных плат, такого как HILPCB, означает выбор партнера, который понимает и соответствует этим строгим стандартам. Мы стремимся обеспечить прочную и надежную основу для ваших систем ADAS благодаря исключительным инженерным возможностям и надежной системе качества, вместе двигаясь к будущему более безопасной и умной мобильности. Если вы разрабатываете следующее поколение печатных плат ЭБУ радаров, мы готовы предложить вам профессиональную поддержку.

Related links

• quote